台达20PM在双柱式立式车床上的应用
摘要：本文主要介绍了台达自动化产品在双柱式立式车床电气自动控制系统中的完美整合应用。着重介绍了台达DVP-20PM系列运动控制器卓越的运动控制性能和良好的性价比，同时也说明台达自动化产品理应成为众多机床行业OEM客户系统集成应用的首选品牌。
关键词：运动控制器 立式车床 电气
1.前言
立式车床，顾名思义，就是主轴竖直布置，工作台在水平面内旋转，刀架作垂直或斜向进给的车床，属于切削加工工艺设备中的金属切削机床。
立式车床一般可分为单柱式和双柱式。小型立式车床一般做成单柱式，大型立式车床做成双柱式。立式车床结构的主要特点是：主轴处于垂直位置，工作台在水平面内，工件的安装调整比较方便。工作台由导轨支撑，刚性好，切削平稳。有几个刀架，并能快速换刀，立式车床的加工精度可达到IT9-IT8，表面粗糙度Ra可达3.2-1.6um。
2.方案
立式车床属于大型机械设备，用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，形状复杂的大型和重型工件。如各种盘、轮和套类工件的圆柱面、端面、圆锥面、圆柱孔、圆锥孔等。也可借助附加装置进行车螺纹、车球面、仿形、铣削或磨削等加工。立式车床主轴轴线为垂直布局，工作台台面处于水平平面内，因此工件的夹装与找正比较方便。这种布局还可减轻主轴及轴承的荷载，因此立式车床能够较长期地保持工作精度。
通常情况下，设备制造商和设备使用终端客户认同并且指定数控系统作为立式车床主控设备。但是双柱式立式车床的机床工艺动作不像数控车床、数控铣床或者数控加工中心等设备那么复杂，相对比较简单，使用数控系统应用于此显得大材小用，系统软件资源严重浪费，集成应用数控系统对机床制造OEM客户来说，经济成本较高，适合高端客户;那么对于中低端客户来说，应用具有运动控制功能的PLC成为一种成熟可靠的技术解决方案。
本文中的双柱式立式车床采用台达运动控制器DVP-20PM作为主控制器，DVP-20PM内建双轴AB相差分形式高速脉冲输出，最高频率可达500kHz，而且具有二轴直线和圆弧插补功能，支持二轴手摇轮MPG信号输入，支持通用数控系统编程语言G代码、M代码。
2.1 台达控制系统技术方案配置
台达控制系统技术方案配置见下表，我们在此处仅仅罗列出双柱式立式车床电气自动控制系统部分的主要电气元件及其选配件，此外还包括低压电器(低压断路器、交流接触器、中间继电器、主令按钮、指示灯等)、位置传感器(光电传感器、行程开关等)，此处不予赘述。
控制系统技术方案配置表
2.2 电气自动控制技术方案详细介绍
双柱式立式车床具有竖直安装的两个刀架，主轴在运转的情况下，每个刀架上的刀具都能对工件进行切削加工。每个刀架包含二轴运动控制，左刀架X轴、Z轴，右刀架U轴、W轴，由于Z轴和W轴为垂直安装，要求伺服电机具有抱闸功能，防止轴向运动停止时，负载受重力作用，导致伺服电机报警或者溜车。左右刀架上的二轴运动分别各由一台DVP20PM00D负责控制;主轴电机为直流调速系统，转速由PLC模拟量扩展单元DVP-06XA-H2输出0-10V控制;PLC主机DVP64EH00R2以及其他数字量扩展单元主要负责机床辅助机构工艺动作逻辑控制。值得注意的是，在这个方案中，两台DVP20PM00D均作为主机DVP64EH00R2的扩展单元，和主机连接采用排线直接连接，其他的数字量扩展单元和模拟量扩展单元也作为主机的扩展单元，直接采用排线按照顺序连接。限于篇幅，控制系统简图未绘制出数字量和模拟量扩展单元连接方式。nextpage
图1 台达电气自动控制系统方案简图
2.3 关键控制程序介绍
主机DVP64EH00R2和两台DVP20PM00D双轴插补运动控制器之间交换数据的控制程序在主机内编程，主机负责组织、协调、控制上位机命令、扩展单元运行动作以及机床各部分运行状态电气信号等。主机和DVP20PM采用FROM和TO指令进行实时交换数据(包括运动命令和运行状态等)。
X轴、Z轴、U轴、W轴的运动控制命令均在DVP20PM00D内部编程实现，JOG、MDI、循环等运动命令均在20PM主程序内完成。
人机界面主要画面如图4所示。采用台达人机画面可以根据客户机床工艺技术特点，编程组态各种人性化、方便操控的画面和功能软元件，相比数控系统来说，画面更加简约、直观，操控更加便利、高效。
图2 人机界面设置
2.4 调试心得
由于主机PLC后面挂了若干台扩展单元，包括两台DVP20PM00D运动控制器、若干台数字量输入输出扩展单元、模拟量输入输出扩展单元等部件，主机DVP64EH00R2内的程序大量使用了FROM、TO指令，客户起初使用M1000作为FROM、TO指令的调用条件，结果发现20PM在执行运动动作过程中出现一些莫名其妙的“误动作”，调试20PM控制程序始终未发现异常程序，调试程序也未找到彻底解决问题的办法。后来观察主机64EH2内控制程序，发现扫描周期偏长，达到近30ms，怀疑可能是主机扫描周期偏长，20PM的运行动作和状态信号在一个周期内未得到存储，导致一些怪异的误动作和误信号。将主程序内FROM和TO指令前面的调用条件M1000改为M1012(100ms脉冲信号)后，故障消除，整个系统正常工作。
3.结束语
根据客户设备技术要求，中达电通可以提供给客户成熟可靠的系统解决方案，凭借着台达优秀的DVP20PM运动控制器强大的机床运动控制功能，再加上提供给客户完善的现场调试等技术服务，帮助客户开发出具备更高技术含量和更高附加值的产品，台达产品和服务均获得了客户的极大认可，实践反复证明，中达电通是设备制造客户良好的合作伙伴。
作者简介
孙承志，出生于1979年10月，毕业于吉林化工学院，工业自动化专业，现任中达电通股份有限公司高级应用工程师，主要从事台达全系列自动化产品技术支持、售前技术培训、根据行业和设备特点提供整合应用技术方案、帮助客户编程调试，有着丰富的现场经验。
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